Мне были заданы следующие вопросы:
      
1.     Является ли скорость движения ракеты в видеоролике Фила Полейши реальной или она существенно замедлена?
2.     Могло ли произойти изменение скорости съёмки в видеоролике Фила в тот момент, когда ракета поднялась на высоту опорной башни?
 
 
    Известно (из звукового сопровождения ролика), что Фил Полейша снимал данный ролик в 1969 году на 8-мм кинокамеру, киноплёнка Super-8.
    Затем этот киноролик с помощью кинопроектора демонстрировался на экране и с экрана переснимался видеокамерой в формате NTSC. В видеокамере находилась кассета с магнитной лентой. В результате получалась копия на видеоленте, и это была аналоговая видеозапись. Затем аналоговая запись переводилась в цифровую. Для этого видеокассета вставлялась в видеомагнитофон, а видеомагнитофон был соединён проводом с компьютером через плату видеозахвата. Захват изображения в те годы  осуществлялся с помощью специальной компьютерной программы, например, типа «Pinnacle studio» или через «Adobe Premier». Таким образом информация с видеокассеты перебрасывалась в компьютер, и получался цифровой видеофайл, который отправлялся на Ю-Туб. Помимо видеомагнитофона передать видеозапись на компьютер можно было с видеокамеры, работающей в режиме воспроизведения, через провод FireWire (шина 1394).
     Фразу о том, что использовалось несколько этапов для перевода в цифровую форму 8-мм кинофильма, следует понимать так:  ролик 8-мм киноплёнки вначале был переведён на видеокассету (на магнитную ленту), а уже затем эта видеокассета была оцифрована.
     Анализ ролика производился в октябре 2019 года с помощью монтажной программы "Аdobe Premier", файлы "gif" делались в программе ВидеоМАСТЕР. 
     По видеоролику видно, что видеокамера и проектор во время пересъёмки не были точно отцентрованы - границы видеокадра не совпадают с границами изображения на киноэкране. Видеокамера захватывает бóльшую площадь, виден правый нижний угол киноизображения, справа и снизу находится лишнее тёмное пространство (рис.1). 

 

 
Рис.1. Тёмные поля справа и внизу.
 

    Видеокамеру во время пересъёмки поправляют несколько раз. Вначале смещают влево, чтобы справа исчезла тёмная полоса (рис.2, слева), а потом наклоняют немного вверх, чтобы убрать ненужное пространство снизу (рис.2, справа).
 


 
Рис.2. Границы кадра видеокамеры точнее совмещают с границами кинокадра.
 

   Основной вопрос относительно этого ролика следующий: изменилась ли реальная скорость движения объектов?
   Изменение скорости (движения объектов в кадре) относительно реальной может происходить либо во время перевода киноизображения в видеоформат, либо после перевода, при работе в монтажной программе. В рассогласовании возможны две причины.
 

1.     Во время пересъёмки на видео скорость проекции 8-мм кинофильма (частота кадросмен) могла не соответствовать той скорости (частоте), на которой был отснят материал в 1969 году.
2.     Изменение скорости могло возникнуть в монтажной программе, если материал  после оцифровки подвергался каким-либо операциям.
 
     Каким образом можно узнать, была ли изменена скорость движения объектов? Для этого нужно сравнить длительность какого-либо эпизода при съёмке и длительность этого эпизода при просмотре (при воспроизведении ролика). Рассмотрим вначале видеоролик, его длительность (цифровую версию), а потом оценим плёночную версию на предмет совпадения скорости съёмки и скорости проекции.
     Ролик в цифровом формате выложен на Ю-Тубе, его длительность 6 мин 46 сек. Все эпизоды ролика, как те, где есть изображение, так и пустые засвеченные концы киноплёнки, были склеены в один рулон, и весь этот рулон от начала до конца снимался непрерывно видеокамерой. О том, что пересъёмка велась без остановок, говорит тайм-код видеокамеры, он нигде не прерывается. Тайм-код находится в правом нижнем углу. Любая видеокамера пишет тайм-код. Время берётся с часов, встроенных в видеокамеру. Тайм-код отображается в видоискателе камеры и по желанию, при нажатии на специальную кнопку, тайм-код пишется прямо на изображение. Это как раз тот случай, который мы наблюдаем.  
   Согласно тайм-коду, ролик начинается с 0:57.20 (час:минуты.секунды) и заканчивается 1:04.05. Общая длительность ролика, включая запись пустого экрана в начале ролика в течение 2 секунд и 5 секунд в конце ролика, составляет 6 минут 45 сек.
    Таким образом мы видим, что длительность ролика оригинальной видеозаписи (по тайм-коду видеокамеры, 6м 45с) и длительность ролика, выложенного на Ю-Тубе (по тайм-линии в монтажной программе, 6м 46с), совпадают. Это говорит о том, что после того, как киноролик был оцифрован (киноизображение переснято видеокамерой), его длительность с помощью монтажных программ не менялась. Таким образом мы исключаем 2-й пункт – возможность изменения длительности ролика в монтажной программе.
 
     Остаётся только первый пункт. Разница могла быть между скоростью съёмки и скоростью проекции. Обсудим по-отдельности, какой могла быть скорость съёмки в 1969 году и какой могла быть скорость проекции в 2009 году, когда фильм записывался на видео.  
    Для любительского кино на 8 мм были две стандартные частоты съёмок – 16 кадров в секунду для нормального кадра (рис.3, справа) и 18 к/с для формата «Супер 8» (рис.3, слева).
 


Рис.3. Две киноплёнки шириной 8 мм.
 

    Кинокамера, которой производилась съёмка, использовала киноплёнку «Супер 8», работала от батареек, и имела электрический привод. Это позволяло снимать длинные планы без остановки.
    Кинокамера заряжалась 8-мм кинопленкой в кассете (картридже) – рис.4.
 


 
Рис.4. Кассета (картридж) с киноплёнкой «Супер 8».
  

   Длина киноплёнки составляла 50 футов, это 15,2 метра. При стандартной скорости 18 к/с одной кассеты хватало на 3,5 минуты времени.
   На кинопроекторе при пересъёмке киноролика, вероятнее всего, выставлялась стандартная частота 18 к/с. Однако, как мы увидим ниже, в реальности она оказалась немного другой. Дело в том, что на большинстве 8-мм кинопроекторов нет установки фиксированной стандартной частоты, зато имеется возможность плавного изменения скорости показа (частоты кадросмен). Для этого двигатель соединён с реостатом (рис.5), и вручную можно изменить скорость в довольно широких пределах, например, от 2 до 40 к/с.
 

 
 
Рис.5. Регулировка скорости движения ленты осуществляется реостатом.
 

Около реостата может быть надпись “SPEED” (рис.6) или “SLOW-FAST” (рис.7).

 

 
Рис.6. Регулятор скорости киноленты, “SPEED”.
 
 
 
 
 

 
Рис.7. Регулятор скорости кадросмен на 8-мм кинопроекторе.
 
 
   Изменение напряжения в электросети (например, падение напряжение к вечеру в пиковые часы нагрузки) приводило к тому, что кинопроектор менял свою скорость.  
    Для тех кинолюбителей, кто озвучивал свои 8-мм фильмы с помощью стоящего рядом магнитофона, были разработаны способы контроля стабильности скорости проекции.
    На валу, соединённом с с двигателем, крепился диск с белыми штрихами, идущими по радиусу. При работе кинопроектора этот диск освещался с очень близкого расстояния маленькой неоновой лампой, которая мигала с частотой переменного тока в сети. При достижении стандартной скорости проекции эти штрихи казались неподвижными. Однако, такая неоновая лампа не входила в комплект кинопроектора.
 
 
 

 
Рис.8. Устройство контроля за стабильностью скорости движения киноленты – диск с радиальными штрихами.
 

    Несмотря на то, что со времени оцифровки киноролика Фила прошло более 10 лет, не составляет труда определить действительную скорость, на которой работал кинопроектор во время записи видео. Но вначале следует упомянуть, что если видеоролик загрузить в монтажную программу, то программа выдаёт его скорость как 29,97 к/с. Данная частота кадров является стандартной для видеоформата формата NTSC.
     При переводе 18 киноплёночных кадров в секунду в 30 кадров видеозаписи, в видеоролике должны наблюдаться 18 оригинальных и 12 дублирующих кадров. Теоретически к каждым 3 оригинальным кадрам будет прибавляться по 2 дублирующих.  Практически среди дублирующих будут не просто повторы того или иного кинокадра, будут наблюдаться сдвоенные кадры, когда в одном видеокадре будут отчётливо читаться сразу два кинокадра.
    Чтобы понять причину появления сдвоенных кадров, рассмотрим, как происходит смена кадров в кинопроекторе на шкале времени и как на той же шкале времени происходит смена видеокадров.
    В кинопроекторе смена кадров происходит в тот момент, когда непрозрачная лопасть обтюратора перекрывает свет от лампы. Один оборот диска обтюратора – одна смена кадра. Однако при 16 перекрытиях света на экране мигания заметны, миганий должно быть не меньше 45. Поэтому к дисковому обтюратору прибавили две дополнительные холостые лопасти, и обтюратор получился трёхлопастной (рис.9).

 

 
Рис.9.Трёхлопастной обтюратор в 8-мм кинопроекторе.
 

    И при 16 кадрах в секунду получилось 48 миганий, при 18 к/с – соответственно 54 мигания. При этом две лопасти давали просто мигание света (кадр стоял на месте в кадровом окне), а во время перекрытия света третьей лопастью происходила быстрая смена кадра.
Вот как этот процесс показан на гиф-ке (рис.10):
  




  Рис.10. принцип работы трёхлопастного обтюратора кинопроектора.

 
Обычно непрозрачная лопасть обтюратора занимает 40° от круга (рис.11).
 


 
Рис.11. Одна лопасть занимает 40° от круга.
 

    Это означает, что при вращении диска в течение 40° кадр перемещается вниз, а всё остальное время, 320°, кадр в кинопроекторе стоит на месте неподвижно, т.е. смена кадра занимает 1/9 часть оборота диска.  
    Видео же пишется бегущей строкой, и как только луч добежал до самого низа, он тут же начинает обегать кадр с первой строки. Паузы между кадрами нет.
     Получается следующее соотношение между кадрами кино и кадрами видео (рис.12):

 

 
Рис.12. Соотношение длительностей во времени кадров кино и видео.
 

     В 1-м кадре видеозаписи будет виден 1-й кинокадр, во 2-м видеокадре будут одновременно присутствовать как 1-й кинокадр, так и 2-й кинокадр, кадр будет сдвоенным, как при двойной экспозиции. А вот в 3-м видеокадре  зафиксируется только 2-й кинокадр, будет повторена одна и та же фаза движения, что и во втором видеокадре. Изображение как бы остановится, но исчезнет двойная экспозиция. В 4-м видеокадре и в 5-м видеокадре будет фигурировать 3 кадр кинофильма. Возможно, что в 4-м видеокадре  будет заметно слабое присутствие 2-го кинокадра, всё будет зависеть от яркости объекта в кадре и степени сдвига одного кадра относительно другого (например, при панорамировании). При наличии контрастных  объектов двойная экспозиция будет обнаруживаться легче (рис.13).
 
 


 
Рис.13. Три последовательных кадра видеозаписи, среди которых встречается сдвоенный кадр.
 
  
Таким образом, среди 5-ти последовательных видеокадров должен встретиться, как минимум один сдвоенный кадр, но, скорее всего, сдвоенных кадров будет два - (рис.14).

 
 


Рис.14. Покадровый показ панорамы. Во время панорамирования легко обнаружить сдвоенные кадры.

 
    Взяв разные участки видеозаписи, мы посчитали количество оригинальных (неповторяющихся) кадров на единицу длины. В секунде их оказалось 20. Причем их количество не менялось по длине ролика, что говорило о том, что кинопроектор всё время работал на одной и той же частоте кадросмен. Таким образом, мы приходим к выводу, что указанный кинофильм во время перезаписи демонстрировался с частотой 20 кадров в секунду.
     На этот факт может указывать ещё одно обстоятельство – длительность непрерывного плана взлёта ракеты, 3 мин 11 сек.
    Ракета перед самым стартом появляется в двух планах. Первый раз с 3-й минуты, но это кусочек на 18 секунд (с 1:00.17 по 1:00.35 по тайм-коду в правом нижнем углу). Далее следует засвеченный (прозрачный) кусок киноплёнки, несколько секунд темноты, затем опять кусок прозрачной плёнки на 3 секунды. Всё это продолжается 12 секунд. И после этого  появляется план взлёта ракеты, который длится 3 мин 11,5 сек (до 1:03.59 по тайм-коду в углу). Завершается план несколькими кадрами прозрачной пленки - это засветка киноплёнки. Дело в том, что когда отснятую (EXPOSED) кассету вынимают из камеры, засвечивается участок в 5-7 кадров (рис.15).
 



   Рис.15. Кассета полностью отснята, появляется надпись EXPOSED и удалены две перфорации, чтобы камера больше не могла протягивать плёнку.
 

    И вот после того, как заканчивается последний кадр улетающей ракеты (рис.16, слева), следуют 5 кадриков прозрачной плёнки, и мы видим обрыв киноленты – он проходит диагональю по кадру, занимая верхнюю часть (рис.16, справа).

 

 
Рис.16. Последние кинокадры записи (слева) и засвеченный кончик плёнки (справа).
 
   
 Таким образом, в смонтированный ролик входит вся отснятая кассета целиком, от начальной засветки, до конечной. Её длительность на экране – 3 мин 12 сек, вместе с финальной засветкой.
    Кассета (картридж) содержит 50 футов киноплёнки, это 3800 кадров.
При скорости проекции 18 к/с содержимое кассеты будет идти на экране 3 мин 31 сек,
при  19 к/с время демонстрации сократится до 3 мин 20 сек,
при 20 к/с вся кассета пройдёт за 3 мин 10 сек.
Все эти расчёты позволяют сделать вывод, что проекция шла практически со скоростью 20 к/с.
 
    После кадра с улетевшей ракетой появляется чистый экран без киноплёнки. Через 3 секунды проектор выключают, наступает темнота (рис.17, слева). Но автомат экспозиции на видеокамере пытается подстроиться под экспозицию в темноте и превращает «черноту» в серый тон (рис.17, справа).
 


 
Рис.17. Автомат экспозиции видеокамеры пытается высветлить «темноту».
 

    Через 3 секунды после выключения кинопроектора видеозапись останавливают.
 
   Что же касается частоты самой съёмки, то на многих 8-мм кинокамерах этот выбор сильно ограничен.  Это либо 18 и 24 к/с (рис.18), либо 12, 18 и 24 к/с (рис.19).
 



Рис.18. Варианты выбора частоты съёмки на 8-мм кинокамере.
 




 
Рис.19. Варианты выбора частоты съёмки на 8-мм кинокамере.
 


   Есть некоторые, очень редкие, модели кинокамер, на которых есть режим «SLOW MOTION» (рис.20).
 



 
Рис.20. 8-мм кинокамера с режимом съёмки «SLOW MOTION»
 

   В этом режиме камера работает на частоте 46 к/с. Это в 2,5 раза выше стандартной частоты. Если бы съёмка производилась на такой скорости, то все движения людей выглядели бы на экране замедленными в 2,5 раза. Эту разницу обнаружил бы любой зритель. Но явного замедления нигде не ощущается, ни в начале ролика, ни в середине, ни в конце.
    Кроме того, есть ещё другой фактор. Время экспонирования одного кадра при 18 к/с составляет примерно 1/40 с (при угле открытия обтюратора камеры 165°). При частоте 46 к/с время экспонирования сокращается до 1/100 с. Лёгкие покачивания камеры при съёмке с рук приводят к тому, что два соседних кадрика немного отличаются друг от друга, и в кадре возникает небольшая смазка (экспонирование во время движения камеры). При 1/100 с эта смазка будет не заметна. Если бы съёмка производилась на частоте 46 к/с, а проекция – на стандартной частоте, то все колебания камеры при съёмке с рук приобрели бы плавность, в кадре не было бы смазки и соседние кадрики почти не отличались друг от друга при удержании камеры на объекте. Мы же видим другую картину: как в начале, так и в конце ролика - одинаковая смазка изображения (камера неустойчива), соседние кадры порой очень заметно отличаются друг от друга (рис.21).  
  


  
 
Рис.21. Соседние кадры из первой (слева) и второй половины ролика (справа).


    Во время взлёта ракеты в кадре есть детали, которые свидетельствуют о том, что при проекции нет явного замедления – это, например, быстрый пролёт птицы (рис.22).
 


 
 
Рис.22. Снизу по диагонали через кадр пролетает птица.
 


    Если бы скорость съёмки была 46 к/с, птица летела бы плавно и в 2,5 раза медленнее обычного. Но её полёт проходит быстро и выглядит совершенно естественно.
    Таким образом, частота съёмки, которая использовалась в день взлёта ракеты,  ограничена двумя значениями: это или 18 к/с, или 24 к/с. Частота проекции, как мы выяснили, составляет от 19 до 20 к/с. Поскольку значение 19-20 к/с находится между значениями 18 и 24,  то темп движения людей и других объектов в клипе Фила либо чуть-чуть быстрее (на 8-10%) темпа реальных движений (при частоте съёмки 18 к/с), либо немного медленнее (на 15%), если при съёмке была выставлена частота 24 к/с.  Но в целом клип Фила правильно передает темп движений.
  
     Чтобы окончательно определиться с частотой, на которой могла быть произведена съёмка, возьмём фрагмент, где виден проезжающий автобус. Если частота съёмки была 18 к/с, а частота проекции – 20 к/с, то для получения реального движения, мы должны немного замедлить скорость его движения (примерно на 10%). Тогда получится то, что мы видим на рис.23 слева. Если же скорость съёмки была 24 к/с, то проецируя с меньшей скоростью (20 к/с), мы получаем на экране небольшое замедление. Следовательно, для получения реальной картины, мы должны ускорить движение примерно на 15% - это кадр  справа на рис.23. Для удобства сравнения перекройте рукой сначала одну половину, затем другую.
 



Рис.23. Автобус проезжает по дороге на заднем плане.

http://leonidkonovalov.ru/upload/medialibrary/839/autobus.mp4
 

 
    Два кадра отличаются по скорости в 1,33 раза (24:18). При ускорении ролика Фила на 15% (кадр справа) автобус начинает суетливо ездить, как в мультипликационном фильме. При небольшом замедлении (на кадре слева) естественность движения сохраняется. Это соответствует съёмочной частоте 18 к/с. Следовательно, съёмка производилась именно на 18 к/с. Эта частота считается стандартной для кинопленки «Супер-8».
 
   То, что частота съёмки и частота кинопроекции немного не совпадают, означает, что при обсуждении клипа Фила следует воспользоваться некоторой корректировкой.
   Так, согласно клипа Фила, ракета после старта (рис.24,а) достигает слоя перистых облаков (рис.24,б) через 106 секунд.
 
 

 
Рис.24. Старт «Аполлона-11». а) момент отрыва ракеты от стартового стола, б) прохождение слоя перистых облаков, в) отбрасывание тени на облака.
 


   Если съёмка производилась на скорости 18 к/с (это вероятнее всего), а скорость проекции 20 к/с, то тогда время достижения слоя перистых облаков немного увеличится и составит 117 секунд.
 
     Вопрос - была ли изменена скорость съёмки в момент, когда ракета покинула опорную башню, по-видимому, возник от того, что в этот момент в записи возникает затемнение на 3 кадра с исчезновением цветности. Эти артефакты возникли из-за видеокамеры (загрязнение пишущей головки). Такие затемнения то и дело встречаются на протяжении всего ролика.
    Вот, например, как это выглядит в первой половине ролика (рис.25):
 
 


 
Рис.25. Выпадение трёх кадров по цвету из-за видеокамеры.
 
 
   Но точно такие же выпадения цвета на три кадра мы видим и в начале взлёта ракеты (рис.26), и в середине полёта (рис.27).
 



  
Рис.26. Выпадение трёх кадров по цвету в момент старта ракеты.
 
 



 
Рис.27. Выпадение трёх кадров по цвету во время полёта ракеты.
 
 
   При этом теряется только цветность и яркость, само же движение в кадре не прерывается. Во время подъёма и полёта ракеты такие артефакты встречаются 6 раз.  Причём скорость движения во всех этих 6 случаях не меняется, не замечено какого-либо переключения на другой режим съёмки. Также не изменилась и скорость проекции.
 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
 
1) Перевод 8-мм киноролика в цифровой формат происходил в два этапа. Киноролик был переснят видеокамерой, работающей в формате NTSC, затем видеокассета с записью была оцифрована с помощью видеомагнитофона, подсоединённого к компьютеру (аналоговое изображение переведено в цифровое).
2) Скорость движения ракеты в ролике Фила Полейши практически близка к реальной. Отклонение не превышает 10%.
3) Изменение скорости съёмки в тот момент, когда ракета поднялась на высоту опорной башни и далее, на всём протяжении ролика, не обнаружено в пределах погрешности 10%.